UG運動模擬[共34頁]

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1、運動仿真 本章主要內容： l 運動仿真的工作界面 l 運動模型管理 l 連桿特性和運動副 l 機構載荷 l 運動分析 9.1 運動仿真的工作界面 本章主要介紹UG/CAE模塊中運動仿真的功能。運動仿真是UG/CAE（Computer Aided Engineering）模塊中的主要部分，它能對任何二維或三維機構進行復雜的運動學分析、動力分析和設計仿真。通過UG/Modeling的功能建立一個三維實體模型，利用UG/Motion的功能給三維實體模型的各個部件賦予一定的運動學特性，再在各個部件之間設立一定的連接關系既可建立一個運動仿真模型。UG/Motion的功能可以對運

2、動機構進行大量的裝配分析工作、運動合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡等，得到大量運動機構的運動參數(shù)。通過對這個運動仿真模型進行運動學或動力學運動分析就可以驗證該運動機構設計的合理性，并且可以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標、加速度、速度和力的變化情況，對運動機構進行優(yōu)化。 運動仿真功能的實現(xiàn)步驟為： 1．建立一個運動分析場景； 2．進行運動模型的構建，包括設置每個零件的連桿特性，設置兩個連桿間的運動副和添加機構載荷； 3．進行運動參數(shù)的設置，提交運動仿真模型數(shù)據(jù)，同時進行運動仿真動畫的輸出和運動過程的控制； 4．運動分析結果的數(shù)據(jù)輸出和表格、變化曲線輸出，人為的進行機構運動特性的

3、分析。 9.1.1 打開運動仿真主界面 在進行運動仿真之前，先要打開UG/Motion（運動仿真）的主界面。在UG的主界面中選擇菜單命令【Application】→【Motion】,如圖9-1所示。 圖9-1 打開UG/Motion操作界面 選擇該菜單命令后，系統(tǒng)將會自動打開UG/Motion的主界面，同時彈出運動仿真的工具欄。 9.1.2 運動仿真工作界面介紹 點擊Application/Motion后UG界面將作一定的變化，系統(tǒng)將會自動的打開UG/Motion的主界面。該界面分為三個部分：運動仿真工具欄部分、運動場景導航窗口和繪圖區(qū)，如圖9-2所示。 圖9-2

4、UG/Motion 主界面 運動仿真工具欄部分主要是UG/Motion各項功能的快捷按鈕，運動場景導航窗口部分主要是顯示當前操作下處于工作狀態(tài)的各個運動場景的信息。運動仿真工具欄區(qū)又分為四個模塊：連桿特性和運動副模塊、載荷模塊、運動分析模塊以及運動模型管理模塊，如圖9-3所示。 圖9-3 四個運動仿真工具欄區(qū) 運動場景導航窗口顯示了文件名稱，運動場景的名稱、類型、狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)的設置以及運動模型參數(shù)的設置，如圖9-4所示。運動場景是UG運動仿真的框架和入口，它是整個運動模型的載體，儲存了運動模型的所有信息。同一個三維實體模型通過設置不同的運動場景可以建立不同的運動模型，從而實現(xiàn)不同

5、的運動過程，得到不同的運動參數(shù)。 圖9-4 運動場景導航窗口 9.2 運動模型管理 打開UG/Motion的主界面之后，將會彈出運動模型管理工具欄，如圖9-5所示。 圖9-5 運動模型管理工具欄 本節(jié)將對工具欄中的各個選項進行說明。 9.2.1 場景導航窗口 1．運動場景的建立 在進行運動仿真之前必需建立一個運動模型，而運動模型的數(shù)據(jù)都存貯在運動場景之中，所以運動場景的建立是整個運動仿真過程的入口。 利用UG/Modeling的功能建立了一個三維實體模型時必需將該模型設為一個運動可控模型（Master Model），完成幾何模型的創(chuàng)建之后，選擇【Applica

6、tion】→【Motion】菜單項，彈出運動場景導航窗口，該模型將自動的顯示于運動場景導航窗口中，選種該模型按右鍵將彈出一快捷菜單，如圖9-6所示。 圖9-6 彈出快捷菜單 如果在進入運動仿真界面后，運動場景導航窗口沒有相應的打開，用戶可以在運動模型工具欄中單擊按鈕 Scenario Navigator（場景導航），系統(tǒng)將會自動打開運動場景導航窗口。 在模型的右鍵快捷菜單中選擇New Scenario菜單項，將建立一個新的運動場景，默認名稱為Scenario_1，類型為Motion，運動仿真環(huán)境為靜態(tài)動力學仿真（Statics & Dynamics），該信息將顯示在運動場景導航窗口

7、中，并且運動仿真各運動仿真工具欄項將變?yōu)榭刹僮鞯臓顟B(tài)，如圖9-7所示。 圖9-7 建立一個新場景 運動場景建立后便可以對三維實體模型設置各種運動參數(shù)了，在該場景中設立的所有的運動參數(shù)都將存儲在該運動場景之中，由這些運動參數(shù)所構建的運動模型也將以該運動場景為載體進行運動仿真。重復該操作可以在同一個Master Model 下設立各種不同的運動場景，包含不同的運動參數(shù)，實現(xiàn)不同的運動。 2．運動場景的編輯 運動場景建立后可以對它進行一定的編輯，包括運動場景的重命名（Rename）、刪除（Delete）和復制（Clone）。 1）運動場景的重命名 選種某一運動場景，單擊鼠標右鍵將彈

8、出一快捷菜單，如圖9-8所示。 圖9-8 彈出運動場景快捷菜單 選擇快捷菜單中的Rename 菜單項后，運動場景導航窗口中的場景名稱將自動變?yōu)榭删庉嫷臓顟B(tài)，如圖9-9所示。在該對話框中鍵入新的運動場景名稱應用后既可實現(xiàn)運動場景的重命名。 圖9-9 運動場景的重命名 2）運動場景的刪除 選擇快捷菜單中的Delete菜單項既可實現(xiàn)運動場景的刪除。 3）運動場景的復制 選擇快捷菜單中的Clone菜單項既可實現(xiàn)運動場景的復制，復制后的運動場景與原來的運動場景的各個參數(shù)都相同，如圖9-10所示，通過分別選擇【scenario_1】→【Clone，scenario_2】→【Clo

9、ne，scenario_3】→【Clone】菜單項新建了三個與scenario_1各項參數(shù)都相同的運動場景，分別默認為scenario_2、scenario_3、scenario_4。 圖9-10 運動場景的復制 3．運動場景參數(shù)的設置和信息的輸出 1）運動場景環(huán)境參數(shù)的設置 選種某一運動場景，單擊鼠標右鍵將彈出一快捷菜單，選擇Environment菜單項將彈出【運動仿真環(huán)境類型設置】對話框，如圖9-11所示。 圖9-11 運動仿真環(huán)境類型設置 該對話框中的各個選項說明如下： l Kinematics： l Statics Dynamics： 通過不同的選擇可以將

10、運動仿真環(huán)境設置為運動學仿真或者是靜態(tài)動力學仿真。 2）運動場景信息的輸出 選種某一運動場景，單擊鼠標右鍵將彈出一快捷菜單，選擇【Information】→【Motion Connections】菜單項將彈出顯示運動模型各項參數(shù)的設置的圖文框，它記載了運動模型所有的參數(shù)，如圖9-12所示。 圖9-12 選擇【Information】→【Motion Connections】菜單項 彈出的運動模型參數(shù)設置圖文框如圖9-13所示。 圖9-13 彈出運動模型參數(shù)設置圖文框 9.2.2 編輯模型幾何尺寸 在建立了一個運動場景之后，用戶仍然可以對運動場景中幾何體的尺寸進行修改

11、。 在UG/Motion運動模型管理工具欄中選擇圖標，系統(tǒng)將會自動打開一個【幾何模型尺寸編輯】對話框，如圖9-14所示。 圖9-14 【幾何模型尺寸編輯】對話框 在該對話框幾何模型特征列表中選中某一特征后，其各種特征參數(shù)表達式將在特征參數(shù)列表中相應的顯示，而在特征參數(shù)列表中選中該特征的某一參數(shù)時，其表達式和值將會相應的在下部顯示，此時用戶可以對該表達式的值進行編輯。在特征參數(shù)數(shù)值文本輸入框中輸入新的特征參數(shù)后，按回車鍵，同時該對話框中的Apply按鈕被激活，單擊Apply既可完成該操作，從而改變模型的幾何外形。 9.3 連桿特性和運動副 利用UG/Modeling的功能建立了

12、一個三維實體模型后，并不能直接將各個部件按一定的連接關系連接起來，必需給各個部件賦予一定的運動學特性，即讓其成為一個可以與別的有著相同的特性的部件之間相連接的連桿構件（Link）。 同時，為了組成一個能運動的機構，必需把兩個相鄰構件（包括機架、原動件、從動件）以一定方式聯(lián)接起來，這種聯(lián)接必需是可動連接，而不能是無相對運動的固接（如焊接或鉚接），凡是使兩個構件接觸而又保持某些相對運動的可動連接即稱為運動副。在UG/Motion中兩個部件被賦予了連桿特性后，就可以用運動副（Joint）相聯(lián)接，組成運動機構。 9.3.1 連桿特性的建立 點擊運動仿真工具欄區(qū)的連桿特性和運動副模塊中的圖標 (

13、Link)，系統(tǒng)將會打開【連桿特性創(chuàng)建】對話框，如圖9-15所示。 圖9-15 連桿特性的建立 該對話框中的各個選項說明如下： 1．Selection Steps（選擇步驟） 該選項給用戶提供了建立一個連桿特性的操作步驟。共包含五個步驟，其中可根據(jù)用戶的要求省去幾項。各個步驟說明如下： 1） Link Geometry 該選項用于選擇連桿特性的幾何模型。激活該圖標后，在圖形窗口中選擇將要賦予該連桿特性的幾何模型。 2） Mass 該選項用于設置連桿的質量特性。選擇該圖標后，【連桿創(chuàng)建】對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-16所示。 圖9-16

14、【連桿創(chuàng)建】對話框 3） Inertia 該選項用于設置連桿的慣性力。選擇該圖標后，連桿創(chuàng)建對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-17所示。 圖9-17 【連桿創(chuàng)建】對話框 4） Initial Translation Velocity 該選項用于設置連桿的初始平移速度。選擇該圖標后，連桿創(chuàng)建對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-18所示。 圖9-18 【連桿創(chuàng)建】對話框 5） Initial Rotation Velocity 該選項用于設置連桿的初始旋轉速度。選擇該圖標后，連桿創(chuàng)建對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說

15、明如圖9-19所示。 圖9-19 【連桿創(chuàng)建】對話框 2．Mass Properties（質量特性） 該選項用于設置連桿的質量特性創(chuàng)建的方式，包含三個選項： 1）Automatic：由系統(tǒng)自動生成連桿的質量特性。 2）User Define：由用戶定義質量特性，選擇該選項后，選擇步驟中的圖標 Mass和 Inertia將被自動激活。 3．Name（連桿名稱） 該選項用于設置連桿的名稱。 設置完了這些連桿特性參數(shù)后，該部件就具有了一定的運動學特性，可以與別的連桿以一定的連接方式相連接了，構成運動機構。同時也可以對運動模型進行簡化，將連桿的質量特性設置為默認值0，按OK鍵后該

16、部件也將成為連桿。 9.3.2 連桿特性參數(shù)的編輯 當連桿特性參數(shù)設置有誤時，就必需對各項參數(shù)進行修改，UG/Motion該項功能的實現(xiàn)是通過運動仿真工具欄區(qū)運動模型管理模塊中的運動模型部件編輯的功能來實現(xiàn)的。點擊運動模型管理模塊中的圖標（Edit Motion Object）將彈出一個【類選擇】對話框，要求選擇將要進行編輯的部件，這與UG/Modeling中的類選擇方法類似。將【類選擇】對話框的選擇類型設為Link，選擇了某一連桿后將彈出連桿特性參數(shù)設置的對話框，如圖9-20所示，對各項參數(shù)的編輯與連桿建立時的參數(shù)設置操作完全相同。 圖9-20 連桿特性參數(shù)的編輯 9.3.3

17、 運動副的類型 在UG/Motion中給用戶提供了12種運動副的類型，在連桿與運動副工具欄中列出了其中的幾種運動副，如圖9-21所示。 圖9-21 運動副類型工具欄 下面分別來介紹各種運動副類型。 1．Joint（鉸鏈連接） 選擇該選項后將會彈出鉸鏈連接對話框，在該對話框中列出了七種鉸鏈連接的類型，如圖9-22所示。 圖9-22 【鉸鏈連接】對話框 該對話框中的各種鉸鏈連接類型說明如下： 1）合頁連接 (Revolute) 鉸鏈連接可以實現(xiàn)兩個相連件繞同一軸作相對的轉動，如圖9-23所示。 圖9-23 鉸鏈連接 它有兩種形式：一種是兩個連桿繞同一軸作

18、相對的轉動，另一種是一個連桿繞固定在機架上的一根軸進行旋轉，如圖9-24所示。 圖9-24 鉸鏈連接的兩種形式 2）滑塊連接（Slider） 滑塊連接是兩個相連件互相接觸并保持著相對的滑動，如圖9-25所示。 圖9-25 滑塊連接 可以實現(xiàn)一個部件相對與另一部件的直線運動，它有兩種形式：一種是滑塊為一個自由滑塊，在另一部件上產(chǎn)生相對滑動；一種為滑塊連接在機架上，在靜止表面上滑動，如圖9-26所示。 圖9-26 滑塊連接的兩種形式 3）柱鉸連接（Cylindrical） 柱鉸連接實現(xiàn)了一個部件繞另一個部件（或機架）的相對轉動，如圖9-27所示。 圖9-27

19、 柱鉸連接 柱鉸連接也有兩種形式：一種是兩個部件相連，另一種是一個部件連接在機架上，如圖9-28所示。 圖528 柱鉸連接的兩種形式 4）螺桿連接（Screw） 螺桿連接實現(xiàn)了一個部件繞另一個部件（或機架）作相對的螺旋運動，如圖9-29所示。 圖9-29 螺桿連接 5）萬向接頭（Universal） 萬向接頭實現(xiàn)了兩個部件之間可以繞互相垂直的兩根軸作相對的轉動，它只有一種形式必需是兩個連桿相連，如圖9-30所示。 圖9-30 萬向接頭 6）球鉸連接（Spherical） 球鉸連接實現(xiàn)了一個部件繞另一個部件（或機架）作相對的各個自由度的運動，它只有一種形式

20、必需是兩個連桿相連，如圖9-31所示。 圖9-31 球鉸連接 7）平面連接（Planar） 平面連接可以實現(xiàn)兩個部件之間以平面相接觸，互相約束，如圖9-32所示。 圖9-32 平面連接 2．齒輪齒條連接（Rack and Pinion） 齒輪齒條連接可以實現(xiàn)兩個部件或者是部件與機架之間以齒輪與齒條嚙合的運動形式進行鉸接，如圖9-33所示。 圖9-33 齒輪齒條連接 3．齒輪連接（Gear） 齒輪連接可以實現(xiàn)兩個部件或者是部件與機架之間以齒輪嚙合的運動形式進行相對運動的約束，如圖9-34所示。 圖9-34 齒輪連接 4．皮帶連接（Cable） 皮帶

21、連接可以使兩個部件之間實現(xiàn)以皮帶輪帶動皮帶進行運動的相對運動形式。 5．點線連接（Point on Curve） 點線連接可以實現(xiàn)一個部件始終以其上的一點與另一個部件或者是機架進行接觸，實現(xiàn)相對運動的約束，如圖9-35所示。 圖9-35 點線連接 6．線線連接（Curve on Curve） 該約束是強迫兩個部件上的兩條曲線相互接觸，實現(xiàn)兩個部件的連接和運動約束，如圖9-36所示。 圖9-36 線線連接 9.3.4 運動副的建立 UG/Motion 中各種運動副（Joint）的建立方法都是類似的，下面以鉸鏈連接中的合頁連接（Revolute）為例介紹運動副建立的整

22、個過程。 在建立了一個運動場景和設置了連桿特性后，可以開始進行運動副創(chuàng)建的操作。點擊連桿特性和運動副模塊中的鉸鏈連接（Joint）按鈕后，將彈出一個對話框要求用戶選擇鉸鏈連接的類型，如圖9-37所示。 圖9-37 選擇鉸鏈連接的類型 當用戶選擇不同的鉸鏈連接的類型后，該對話框將會發(fā)生變化。在該對話框中選擇鉸鏈連接的類型為合頁連接 (Revolute) ，對話框中將會顯示創(chuàng)建合頁連接運動副的各個選項，這些選項功能的說明如下所述： 1．Snap Links 選種這個單選項后，用戶所設置的運動副為兩個連桿之間的連接，則在該對話框中要求設置運動副在各個連桿上的相關參數(shù)；空置該單選項時，

23、用戶所設置的運動副為連桿與假象的機架之間的連接，只需設置運動副在這個連桿上的參數(shù)既可。 2．Selection Steps 該選項給用戶提供了建立一個運動副的操作步驟。共包含四個步驟，其中可根據(jù)用戶的要求省去幾項，通過完成各個步驟，可以引導用戶完成運動副參數(shù)的設置。各個步驟說明如下： 1） First Link 該步驟要求用戶選擇將要進行連接的第一個連桿，如果在Snap Links單選項中空置則該連桿將要與機架連接在一起。 2） Orientation On First Link 在圖形窗口中選擇那將要進行連接的第一個連桿后，第二步圖標將會被自動的激活，同時在【創(chuàng)建運動副】對話框中

24、的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式，如圖9-38所示。 圖9-38 設置運動副在第一個連桿上的位置和方向 在該步驟中要求用戶設置運動副在第一個連桿上的位置和方向。 運動副的位置是指兩個連桿連接或者連桿與機架連接時關節(jié)點的所在，連桿將在此點與機架或者連桿相連接。 而不同的運動副其方向的定義是不同的，轉動副的方向指的是連桿轉動的旋轉軸，而移動副的方向指的是連桿平移的方向。 用戶可以選擇一定的點創(chuàng)建方式在第一個連桿上創(chuàng)建選擇一點，作為運動副在第一個連桿上的位置；同時，用戶可以選擇選項Edit Orientation（編輯方向），系統(tǒng)將會

25、自動打開一個坐標系創(chuàng)建對話框，如圖9-39所示，在該對話框中用戶可以以一定的方式創(chuàng)建一個坐標系，該坐標系的Zc方向即為運動副在第一個連桿上的方向。 圖9-39 設置方向 3） Second Link 當Snap Links單選項被選中時，在設置完了運動副在第一個連桿上的相關參數(shù)后，第三步圖標將會被自動激活，此時要求用戶在圖形窗口中選擇與第一個連桿以合頁運動副連接的第二個連桿。 4） Orientation On Second Link 在圖形窗口中選擇那將要進行連接的第二個連桿后，第四步圖標將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運動副對話框中的Edit Orientation選項被激活，

26、系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式。與運動副在第一個連桿上參數(shù)的設置方法類似，用戶可以完成運動副在第二個連桿上參數(shù)的設置。 3．運動副的驅動力 運動副的驅動力是給運動副設置的初始的外在驅動，是該連桿運動的原動力。在該選項的下拉菜單中列出了UG/Motion給用戶提供的五種驅動力的類型，如圖9-40所示。 圖9-40 【驅動力選擇】對話框 選擇不同的驅動力類型，對話框中將顯示不同的驅動力設置選項。下拉菜單中的各個選項說明如下： 1）None 選擇該菜單項后，該運動副將沒有原始的驅動力，其將在其他零件的作用力下進行運動。 2）Constant 該選項用于給運動副添加一個不變

27、的原始驅動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設置不變的原始驅動力的各個選項，如圖9-41所示。 圖9-41 不變的原始驅動力 3）Harmonic 該選項用于給運動副添加一個諧振變化的原始驅動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設置不變的原始驅動力的各個選項，如圖9-42所示。 圖9-42 諧振變化的原始驅動力 4）General 該選項用于給運動副添加一個一般的原始驅動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設置不變的原始驅動力的各個選項，如圖9-43所示。 圖9-43 一般的原始驅動力 其中可以給運動副外加根據(jù)方程變化的驅動力，在上圖中單擊運動方程編輯

28、按鈕就會彈出運動方程編輯對話框，如圖9-44所示。 圖9-44 【運動方程】編輯對話框 5）Articulation 該選項用于給運動副添加一個鉸接的原始驅動力。 4．運動副顯示比例 該選項用于設置運動副在圖形窗口中象征符號顯示的大小，設置合適的顯示比例可以使用戶更好的查看兩個零件之間的連接關系。 5．運動副名稱 該選項用于設置運動副的名稱，用戶可以直接在文本輸入框中輸入將要創(chuàng)建的運動副的名稱，缺省值為J001、J002……。 設置完這些參數(shù)后，在運動副參數(shù)設置對話框中單擊OK按鈕就可以將連桿按一定的連接方式機架連接起來了。具體操作如下例所述。 6．運動副創(chuàng)建實例 在

29、本例中將要將兩個連桿鉸接在一起，首先點擊連桿特性和運動副模塊中的鉸鏈連接（Joint）按鈕，系統(tǒng)將會自動打開一個對話框要求用戶選擇鉸鏈連接的類型，在該對話框中選擇圖標 Revolute (合頁連接)，對話框中將會顯示創(chuàng)建合頁連接運動副的各個選項，同時選擇步驟中的圖標 First Link將自動被激活。在該對話框中選中Snap Links單選項，同時在圖形窗口中選擇將要進行連接的第一個連桿L001，如圖9-45所示。 圖9-45 選擇第一個連桿 在圖形窗口中選擇完成將要進行連接的第一個連桿后，第二步圖標 Orientation On First Link將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運

30、動副對話框中的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式。在點創(chuàng)建方式中選擇下拉菜單中的圖標 ，同時在圖形窗口中選擇L001端面的圓心，如圖9-46所示。 圖9-46 設置關節(jié)點 后，選擇選項Edit Orientation（編輯方向），系統(tǒng)將會自動打開一個【坐標系創(chuàng)建】對話框，如圖9-47所示，在該對話框中選擇圖標，以三點方式創(chuàng)建一個坐標系，該坐標系的Zc方向即為運動副在第一個連桿上的方向。同時在圖形窗口中選擇上一步選擇的圓環(huán)的中心和兩個象限點，則該孔特征的軸線方向即為運動副在L001上的方向。 圖9-47 設置運動副方向 在設置完了

31、運動副在第一個連桿上的相關參數(shù)后，第三步圖標 Second Link將會被自動激活，此時要求用戶在圖形窗口中選擇與第一個連桿以合頁運動副連接的第二個連桿，如圖9-48所示，在圖形窗口中選擇L002為與L001相連接的連桿。 圖9-48 選擇第二個連桿 在圖形窗口中選擇完成將要進行連接的第二個連桿后，第四步圖標 Orientation On Second Link將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運動副對話框中的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式。在點創(chuàng)建方式中選擇下拉菜單中的圖標 ，同時在圖形窗口中選擇L002內端面的圓心，如圖9-49所示

32、。 圖9-49 設置關節(jié)點 設置完了關節(jié)點后，選擇選項Edit Orientation（編輯方向），系統(tǒng)將會自動打開一個【坐標系創(chuàng)建】對話框，如圖9-50所示，在該對話框中選擇圖標，以三點方式創(chuàng)建一個坐標系，該坐標系的Zc方向即為運動副在第一個連桿上的方向。同時在圖形窗口中選擇上一步選擇的圓環(huán)的中心和兩個象限點，則該孔特征的軸線方向即為運動副在L002上的方向。 圖9-50 設置運動副方向 最后給該運動副添加一定的原始驅動力，選擇Motion Driver下拉菜單中的Constant項，在相應顯示的不變驅動力設置選項中輸入Velocity為2，同時在該對話框中單擊Apply

33、鍵，系統(tǒng)將會自動的將這兩個連桿以合頁連接的方式鉸接在一起，并在圖形窗口中顯示該運動副的象征符合，如圖9-51所示。 圖9-51 完成運動副的創(chuàng)建 9.3.5 運動副參數(shù)的編輯 當運動副（Joint）的參數(shù)設置有誤時，就必需對各項參數(shù)進行修改。與連桿特性（Link）相類似，UG/Motion該項功能的實現(xiàn)也是通過運動仿真工具欄區(qū)運動模型管理模塊中的運動模型部件編輯的功能來實現(xiàn)的。點擊運動模型管理模塊中的圖標 （Edit Motion Object）將彈出一個類選擇對話框，要求選擇將要進行編輯的部件，這與UG/Modeling中的類選擇方法類似。將【類選擇】對話框的選擇類型設為Joi

34、nt，選擇了某一運動副后將彈出運動副參數(shù)設置的對話框，如圖9-52所示，對各項參數(shù)的編輯與運動副建立時的參數(shù)設置操作完全相同。 圖9-52 編輯運動副參數(shù) 9.4 機構載荷 UG/Motion的功能許用戶給運動機構添加一定的外載荷，使整個運動模型工作在真實的工程狀態(tài)下，盡可能的使其運動狀態(tài)與真實的情況相吻合。一個被應用的力只能設置在運動機構的兩個連桿之間，運動副上或是連桿與機架之間，它可以被用來模擬兩個零件之間的彈性連接，模擬彈簧和阻尼的狀態(tài)，以及傳動力與原動力等多種零件之間的相互作用。 9.4.1 機構載荷的類型 UG/Motion給用戶提供了9種機構載荷，涵蓋了大部分實

35、際工程狀態(tài)中機構的受力形式，如圖9-53所示。 圖9-53 受力形式工具欄 下面來具體介紹各種載荷類型的特點。 1．彈簧力（Spring） 彈簧力顯示為兩個零件之間在特定的方向上一定距離的狀態(tài)下相互之間的載荷作用，相當于在兩個連桿之間或運動副上添加了一個彈簧。 2．緩沖力（Damper） 緩沖力是一種粘滯的緩沖作用，可以被添加在兩個連桿之間，連桿與機架之間以及平動的運動副和轉動的運動副上。 3．標量力（Scalar Force） 標量力是兩個連桿之間的直接作用力，只需設置力的大小，力的施加點和作用點分別在兩個相互作用的連桿上。 4．標量力矩（Scalar Torque）

36、 外加的力矩，只能應用于轉動副上。正的標量力矩表示添加在轉動副上繞Z軸順時針旋轉的力矩。 5．矢量力（Vector Force） 矢量力是作用在連桿上設定了一定的方向和大小的力。 6．矢量力矩（Vector Torque） 矢量力矩是作用在連桿上設定了一定的方向和大小的力矩。 7．套筒力（Bushing） 套筒力是作用在有一定距離的兩個零件之間的力，它同時起到力和力矩的效果。 8．三維碰撞（3D Contact） 利用三維碰撞（3D contact）的功能可以實現(xiàn)一個球與連桿或是機架上選定的一個面之間碰撞的效果。 9．二維碰撞（2D Contact） 二維碰撞結合了線線運

37、動副類型的特點和碰撞載荷類型的特點。根本上二維碰撞允許用戶設置作用在連桿上的兩條平面曲線之間的碰撞載荷。 9.4.2 機構載荷的創(chuàng)建 本節(jié)主要通過講解幾種常用的機構載荷的創(chuàng)建過程來說明運動機構載荷添加的方法。 1． 彈簧力的創(chuàng)建 在機構載荷工具欄中點擊圖標（Spring），系統(tǒng)將打開【創(chuàng)建彈簧力】對話框，在該對話框中要求用戶設置彈簧力的類型，各選項說明如圖9-54所示。 圖9-54 【創(chuàng)建彈簧力】對話框 選擇選項Torsional（扭轉的彈簧力），用戶可以設置作用于轉動副上的扭轉彈簧力。系統(tǒng)同時將會顯示彈簧力各項參數(shù)設置的對話框，在該對話框中輸入Free Angle（彈簧自

38、由伸長時的旋轉角度）值和Rate（彈簧的彈性系數(shù)）值。緊接著將會彈出選擇轉動副的對話框，利用選擇球選取轉動副或是在該對話框的文本輸入框中輸入轉動副的名稱，點擊OK鍵，該載荷就添加完畢，系統(tǒng)將在屏幕上顯示該載荷，如圖9-55所示。 圖9-55 完成扭轉彈簧力的創(chuàng)建 選擇選項Translational（平移的彈簧力），用戶可以設置作用于兩個連桿之間連桿與機架之間或是運動副上平動的彈簧設加的力。系統(tǒng)同時會打開彈簧參數(shù)設置對話框，在該對話框中輸入Free Length（彈簧自由伸長時的長度）值和Rate(彈簧的彈性系數(shù))值，單擊OK將會打開一個選擇對話框要求用戶選擇彈簧連接的對象，如圖9-5

39、6所示。 圖9-56 選擇彈簧連接的對象 以兩個連桿連接為例，選擇選項Link（連桿），在彈出的對話框中選擇第一個連桿，系統(tǒng)將同時打開一個點創(chuàng)建對話框，按照一定的方式選取一點作為彈簧在第一個連桿上的作用點，如圖9-57所示。 圖9-57 選取力的作用點 接著將會彈出第二個連接對象選擇對話框，選擇Link（連桿）選項，在彈出的對話框中選擇第二個連桿，系統(tǒng)將打開點創(chuàng)建對話框，以一定的點創(chuàng)建方式選取一點作為彈簧在第二個連桿上的作用點。設置完后單擊OK鍵，系統(tǒng)將在屏幕上自動顯示所設置的彈簧力即完成了兩個連桿之間的平移彈簧力的創(chuàng)建，如圖9-58所示。 圖9-58 完成兩個連桿

40、之間的平移彈簧力的創(chuàng)建 2．標量力的創(chuàng)建 標量力只能設置在兩個連桿上，單擊機構載荷工具欄中的圖標（Scalar Force），系統(tǒng)將打開標量力參數(shù)設置對話框，在該對話框中要求用戶輸入標量力的大小，該對話框各個選項的說明如圖9-59所示。它給用戶提供了兩種設置大小的方式，一種是在文本輸入框中輸入力的大小，另一種是選擇Enter Force Function（輸入力的方程）選項，在彈出的【方程編輯】對話框中設置力的方程。 圖9-59 打開【標量力參數(shù)設置】對話框 按照一定的方式設置了力的大小后，將彈出力的作用對象選擇對話框，利用選擇球選取第一個連桿作為力的施加者。系統(tǒng)同時將打開一個【

41、點創(chuàng)建】對話框，按一定的點創(chuàng)建方式選取一點作為力的起始點，如圖9-60所示。 圖9-60 選取作為力的起始點 緊接著將再次彈出一個【力的作用對象選擇】對話框，利用選擇球選取第二個連桿作為受力體。系統(tǒng)同時將打開一個【點創(chuàng)建】對話框，按一定的點創(chuàng)建方式選取一點作為力的作用點，系統(tǒng)將自動在屏幕上顯示所設置的標量力即完成了兩個連桿之間標量力的創(chuàng)建，如圖9-61所示。 圖9-61 完成兩個連桿之間標量力的創(chuàng)建 3．矢量力的創(chuàng)建 單擊機構載荷工具欄中的圖標 Vector Force，系統(tǒng)將會打開【矢量力創(chuàng)建】對話框。當在該對話框中選擇Force CSYS（力的坐標系）為Absolut

42、e（絕對坐標系）選項時，該對話框及其各個選項的說明如圖9-62所示。 圖9-62 【矢量力創(chuàng)建】對話框 在矢量力的創(chuàng)建過程中，用戶只需要根據(jù)Selection Steps（矢量力設置步驟）的提示，在圖形窗口中選擇施力連桿和受力連桿，以一定的點創(chuàng)建方式在該連桿上選擇力的作用點，同時在各個文本框中分別輸入力的名稱，力圖標的顯示大小和X、Y、Z方向力的大小，系統(tǒng)將會自動的 如果在矢量力創(chuàng)建對話框中選擇Force CSYS（力的坐標系）為User Defined（用戶定義）選項時，該對話框及其各個選項的說明如圖9-63所示。而此時矢量力的創(chuàng)建過程只是將由根據(jù)X、Y、Z方向力的大小合成一個有

43、一定方向和大小的矢量力的方法，轉變?yōu)橛捎脩舳x力的方向，同時在對話框的文本輸入框中定義力的絕對大小的方法。 圖9-63 【矢量力創(chuàng)建】對話框 9.4.3 機構載荷參數(shù)的編輯 當載荷參數(shù)設置有誤時，就必需對各項參數(shù)進行修改，UG/Motion該項功能的實現(xiàn)是通過運動仿真工具欄區(qū)運動模型管理模塊中的運動模型部件編輯的功能來實現(xiàn)的。 點擊運動模型管理模塊中的圖標 （Edit Motion Object）將彈出一個類選擇對話框，要求選擇將要進行編輯的部件，這與UG/Modeling中的類選擇方法類似。在圖形窗口中選擇某一個機構載荷后，單擊OK鍵，既可打開該類型機構載荷參數(shù)編輯對話框，例

44、如當在圖形窗口中選擇一個標量力后，系統(tǒng)將會自動打開【標量力名稱，大小或方程以及標量力作用點的編輯】對話框，如圖9-64所示。 圖9-64 編輯機構載荷參數(shù) 9.5 運動分析 對原來的三維實體模型完成了連桿特性的設置，運動副的建立和外載荷的添加的前置處理后，就完成了運動模型的構建。此時可以利用UG/Motion運動分析工具欄，對創(chuàng)建的運動模型進行運動仿真，如圖9-65所示。 圖9-65 運動分析工具欄 UG/Motion模塊嵌入了Mechanical Dynamics公司（MDI）的求解器ADAMS/Kinematics，在建立運動模型的同時UG/Motion已經(jīng)為該求解

45、器建立了初始數(shù)據(jù)或輸入文件，只有運行UG/Motion的運動分析模塊既可自動的將初始數(shù)據(jù)和輸入文件輸入到求解器中，從而得出運動模型運動后的各種數(shù)據(jù)，完成運動模型合理性的檢查。 9.5.1 運動仿真過程的實現(xiàn) UG/Motion的運動分析模塊可以設置運動分析的類型，并通過對運動分析過程的控制，可以直觀的以動畫的形式輸出運動模型不同的運動狀況，便于用戶比較準確了解所設計的運動機構實現(xiàn)的運動形式。 1．設置運動仿真的參數(shù) 1）運動分析類型的設定 UG/Motion的運動分析類型有兩類：靜態(tài)分析和動力學分析。點擊功能菜單區(qū)運動分析模塊中的運動（Animation）按鈕，將彈出一個【運動分析

46、選項】（Analysis Options）對話框，該對話框的第一個選擇區(qū)域就要求用戶選擇運動分析的類型，各選項的功能如圖9-66所示。 圖9-66 【運動分析選項】對話框 2）運動控制參數(shù)的設定 在上述的運動分析選項（Analysis Options）對話框中，第二個區(qū)域即要求用戶輸入運動控制參數(shù)：運動時間和運動步驟。整個運動模型運動的快慢就是由這兩個參數(shù)決定的。 2．運動仿真過程的動畫輸出及控制 1）運動仿真過程的控制 設置完了運動分析的參數(shù)后，若選擇的運動分析類型為靜態(tài)分析點擊OK鍵，將彈出一個【靜態(tài)平衡】（Static Equilibrium）對話框，如圖9-67所示。

47、 圖9-67 【靜態(tài)平衡】對話框 若選擇的運動分析類型為動力學分析點擊OK鍵，將彈出一個【運動過程】（Animation）對話框，對話框各選項的功能如圖9-68所示。 圖9-68 【運動過程】對話框 對運動過程控制的功能主要是由運動控制選項來實現(xiàn)的，下面來介紹一下運動控制選項區(qū)域各個按鈕的功能。 l 全程控制按鈕（Full Range） 單擊該按鈕可以查看運動模型在設定的時間和步驟內的整個連續(xù)的運動過程，在繪圖區(qū)以動畫的形式輸出。 l 前進控制按鈕（Step Forward） 單擊該按鈕可以使運動模型在設定的時間和步驟限制范圍內向前運動一步，方便用戶查看運動模型下一

48、個運動步驟的狀態(tài)。 l 后退控制按鈕（Step Forward） 單擊該按鈕可以使運動模型在設定的時間和步驟限制范圍內向后運動一步，方便用戶查看運動模型上一個運動步驟的狀態(tài)。 l 設計位置按鈕（Design Position） 單擊該按鈕后可以使運動模型回到未進行運動仿真前置處理的初始三維實體設計狀態(tài)。 l 裝配位置按鈕（Assembly Position） 單擊該按鈕后可以使運動模型回到進行了運動仿真前置處理后的ADAMS運動分析模型的狀態(tài)。 3．運動仿真過程的跟蹤記錄 在運動分析中用戶可以很精確的得到運功模型在運動的各個場景中的數(shù)據(jù)，但是同時運動分析模塊還給用戶提供了一個更

49、為直觀的觀察運動模型在運動過程中前后變化的工具。在Animation（運動過程控制）對話框中點擊圖標Trace Entire Mechanism可以實現(xiàn)該功能，如圖9-69所示。 圖9-69 【運動過程】對話框 通過多次單擊前進控制按鈕（Step Forward），使運動模型向前一步一步的運動，用戶想查看運動模型某一個運動步驟的狀態(tài)與原始狀態(tài)的相對變化時，就可以在運動模型一步一步的運動該步驟時，在該對話框中選擇選項Update Design Position，系統(tǒng)將會自動顯示該運動步驟下模型的狀態(tài)，同時保留模型的原始狀態(tài)。如圖9-70所示，單擊該控制按鈕使運動模型從第0步運動到第27

50、步，系統(tǒng)將在屏幕上靜態(tài)的顯示第1步和第27步時運動模型各零部件的狀態(tài)。 圖9-70 完成運動過程的跟蹤記錄 4．運動仿真動畫文件輸出 在運動場景導航窗口中選中一個場景，單擊鼠標右鍵之后將會彈出一個右鍵快捷菜單，在該菜單中選擇菜單項Export，將會顯示UG/Motion給用戶提供的幾種動畫輸出的格式，如圖9-71所示。 圖9-71 選擇輸出動畫文件格式 在各種動畫輸出格式中選擇MPEG將可以輸出一個mpg文件，選擇Animated GIF格式將會輸出一個gif文件。不論選擇那一種格式，系統(tǒng)都將彈出動畫文件設置對話框，如圖9-72所示。 圖9-72 動畫文件設置對話

51、框 在該對話框中用戶可以看到該文件的默認名稱，動畫的幀數(shù)，如果用戶要自定義文件名，則可選擇選項Specify File Name；如果用戶要查看動畫，可選擇選項Preview Animation，系統(tǒng)將會自動打開【預覽動畫控制】對話框，如圖9-73所示。單擊該對話框中的圖標可實現(xiàn)對輸出動畫的連續(xù)播放。 圖9-73 【預覽動畫控制】對話框 9.5.2 運動分析結果的圖表輸出 ADAMS求解器根據(jù)運動模型的各項參數(shù)計算出運動模型在各個步驟的數(shù)據(jù)，不但可以以動畫的形式輸出運動分析的結果，還可以直接以圖表的形式輸出各個數(shù)據(jù)。UG/Motion該項功能主要是利用外掛的Microsoft

52、Excel軟件的功能實現(xiàn)的。 點擊功能菜單區(qū)運動分析模塊中的圖表（Graphing）按鈕，將彈出一個【運動時間和步驟設置】（Analysis Options）對話框，如圖9-74所示。 圖9-74 運動時間和步驟設置對話框 與運動控制參數(shù)的設置相同，輸入一定的運動時間和運動步驟后，ADAMS求解器將自動根據(jù)運動模型的參數(shù)和運動控制參數(shù)來計算運動模型在各步運動狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。求解器計算完成后將彈出一個【圖表設置】（Define Graph）對話框，用戶可以在該對話框中根據(jù)需要設置所要顯示數(shù)據(jù)的屬性和類型，該對話框各選項的功能說明如圖9-75所示。 圖9-75 【圖表設置】對話框

53、 用戶可以在運動模型所設立的運動副和載荷列表框中選擇所要考察的對象，然后設定所需輸出的數(shù)據(jù)的屬性，參考類型（工作坐標系下的值Relative或絕對坐標系下的值Absolute），單擊加入（Add）鍵后即已將其加入到了已定義待輸出的圖表列表框中了。按照相同的方法可以加入一系列數(shù)據(jù)屬性不同的考察對象，應用后UG將自動調用Microsoft Exceed將這些數(shù)據(jù)以圖表的形式在Exceed中輸出，如圖9-76所示。 圖9-76 數(shù)據(jù)表格 同時，外掛軟件Microsoft Exceed將會根據(jù)這個數(shù)據(jù)表格，自動繪制出一條變化曲線，如圖9-77所示。 圖9-77 變化曲線 34